II Genetiikka 4.(3) Nukleiinihapot
Geenitekniikka - menetelmiä, joiden avulla dna:ta ja rna:ta voidaan eristää, muokata ja siirtää muihin soluihin tai eliöihin
kromosomit koostuvat dna-rihmasta ja siihen liittyvistä histoniproteiineista = kromatiinirihma sentromeeri telomeeri kromatidi = kromosomin haara sisarkromatidit = kahdentuneen kromosomin identtiset kromatidirihmat tytärkromosomit = tumanjakautumisessa kahdentumalla syntyneet identtisiä kromosomeja
dna koostuu nukleotideista, jotka sisältävät deoksiriboosin, fosfaatin ja emäksen (adeniini tymiini, sytosiini guaniini) 3 pää = sokeripää 5 pää = fosfaattipää
plasmidit ovat pieniä dna:ta sisältäviä rakenteita bakteereilla myös hiiva- ja sienisoluissa dna-virukset: 1- tai 2- juosteista dna:ta rna-virukset: 1- tai 2- juosteista rna:ta
Rna-molekyylit useimmiten yksijuosteista riboosi-sokeri, tymiiniä vastaa urasiili
eri rna-tyyppejä: lähetti-rna: kopioi tumassa DNAsta ohjeen proteiinin valmistukseen ja kuljettaa sen solulimaan
aminohappo kiinnittyy siirtäjä-rna: kuljettaa solulimassa aminohappoja ja liittää niitä ketjuksi ribosomilla tripletin tunnistus antikodonin avulla
ribosomi-rna: solulimassa ribosomin rakenneosa
Mitokondrio-rna 16500 emäsparia 37 geeniä: proteiinien, siirtäjä-rna:n ja ribosomi-rna:n valmistamista varten periytyy äidin munasolussa jälkeläisille mutaatioita tapahtuu paljon voidaan käyttää suku- ja evoluutiotutkimuksessa
- alle 5% dna:sta 5.Geenit - koostuvat emäskolmikoista (tripleteistä), joista kukin vastaa tiettyä aminohappoa (taulukko) - dnassa on koodaava juoste ja mallijuoste - (malli)juosteen kolmikot = kodonit - emäskolmikoiden järjestys = lukukehys
A. Geenien rakenne: 1. Säätelyalue 5.Geenit Määrää, missä, milloin ja kuinka aktiivisesti geeni toimii 2. Koodaava alue Sisältää rna-molekyylin valmistusohjeen Eksonit koodaavia jaksoja Intronit ei-koodaavia jaksoja Esim. aloituskoodimattirtiuhuinajaaölääikcxvpyörälläkds sdsdsdsdlopetuskoodi
- aitotumaisilla: yksi säätelyalue + yksi koodaava alue - esitumaisilla: operoni = yksi säätelyalue + monta koodaavaa aluetta
B. Geenien toiminta: kaikissa soluissa on kaikki geenit, mutta: - vain pieni osa geeneistä on kerrallaan toiminnassa - eri kudoksissa toimivat eri geenit - alkiolla toimivat eri geenit kuin aikuisella - monet geenit lukkiutuvat toimintansa jälkeen
- ylläpitogeenit toimivat kaikissa soluissa jatkuvasti - ylellisyysgeenit toimivat erikoistuneissa soluissa - tuottajageenit ohjaavat proteiinien valmistusta - säätelygeenit säätelevät muiden geenien toimintaa esim. - säätelytekijöiden kiinnittymisellä säätelyalueelle - vaihtoehtoisella silmukoinnilla
Epigenetiikka = muutoksia dna:n rakenteessa, jotka vaikuttavat geenien säätelyyn - ei = mutaatiot - voivat johtua esim. ympäristön ja ruokavalion vaikutuksista - esim. dnan metylaatio X-kromosomin inaktivaatio = naisilla toisen X-kromosomin geenit eivät ilmene geneettinen leimautuminen = geenin ilmenemiseen vaikuttaa se, kummalta vanhemmalta geeni on peritty
6. Solujen jakautuminen DNA:n kahdentuminen eli replikaatio edeltää solunjakautumista: - entsyymi avaa molekyylin useista kohdista aukaisukupliksi, jotka laajenevat molempiin suuntiin replikaatiohaarukoista
- nukleotidit muodostavat uudet juosteet alkuperäisten templaattien rinnalle DNA-polymeraasin avulla - uusi nukleotidi voi kiinnittyä 3 -päähän toisella puolella replikaatio etenee katkonaisesti alukkeiden avulla
- pistemutaatio = väärä, ylimääräinen tai puuttuva emäs - entsyymit viimeistelevät ja korjaavat - transposonit = hyppiviä geenejä = dnan emäsjaksoja, jotka voivat vaihtaa paikkaa aiheuttavat helposti mutaatioita
solunjakautuminen: mitoosi tuottaa somaattisia soluja meioosi tuottaa sukusoluja
7. Genomi Ihmisellä: HGP (Human Genome Project) 2003 46 kromosomia dna:ta n.2 metriä joka solussa n. 26 000 geeniä n. 3,2 miljardia emäsparia yksi geeni n.50 000 emäsparin mittainen Genomiikka tutkii geneettisen tiedon merkitystä ja toimintaa Sekvensointi = emäsjärjestyksen selvittäminen (esim. geenin tai koko eliön perimän) cdna = komplementaarinen dna = lähetti-rnasta käännetty dna
8. Proteiinisynteesi solut tuottavat proteiineja: entsyymeiksi (esim. pepsiini) tuhansia erilaisia rakenneproteiineiksi (kollageeni) määrällisesti eniten supistuviksi proteiineiksi (aktiini) varastoproteiineiksi (munanvalkuainen) kuljetusproteiineiksi (hemoglobiini) hormoneiksi (insuliini) viestintäproteiineiksi (reseptorit) suojaproteiineiksi (vasta-aineet) proteiinimyrkyiksi (botuliini)
1. Jäljentäminen eli transkriptio: tumassa DNA:n koodaava juoste = geeni toinen juoste toimii mallijuosteena RNA-polymeraasi entsyymi liittää RNA-nukleotideja DNA:n mallijuosteen rinnalle geenin ohje kopioituu esilähetti-rnahan (tymiiniä vastaa urasiili) transkriptiofaktorit = säätelyproteiineja
intronit poistetaan esi-lähetti RNAsta silmukoinnissa, eksonit liittyvät toisiinsa vaihtoehtoinen silmukointi esim. vasta-aineen tuotannossa
2. Kääntäminen eli translaatio ribosomi kiinnittyy lähetti-rna:han siirtäjä-rnat kuljettavat paikalle aminohappoja emäskolmikoiden (kodoni) koodin mukaan synteesi alkaa aloituskolmikolla (TAC) ja päättyy lopetuskolmikkoon (ATT, ATC, ACT) aminohapot muodostavat peptidiketjun, josta solulimakalvostossa muodostuu proteiini
Dna Geeni Esiaste-rna Lähetti-rna Transkriptio Translaatio Proteiini Silmukointi Intronit, eksonit Tuma, tumakotelo Solulima, ribosomi
DNAsta ominaisuudeksi
9. Mutaatiot muutos perimässä aiheuttajina mutageenit, esim. jotkin kemikaalit ja säteily suurin osa spontaaneja erilaisia mutaatiotyyppejä Geenimutaatiot Kromosomimutaatiot Kromosomistomutaatiot Sirppisoluanemia Downin syndrooma
- Mutaation merkitys?
Geenimutaatio eli muutos geenin emäsjärjestyksessä Yksi emäs on muuttunut kolmikkokoodi on muuttunut yksi aminohappo on muuttunut. Emäs voi jäädä pois tai kaksinkertaistua loput kolmikkokoodit muuttuvat aminohapot muuttuvat. voi olla: hiljainen mutaatio neutraali m. missense-m. nonsense-m.
Kromosomimutaatiot eli kromosomin rakenne muuttuu A B C D E F G H I J A B C D E F H I J Häviämä A B C D E F G G H I J Kahdentuma A B C D E F G H I J A B C D E G F H I J Kääntymä A B C D E F G H I J K L M N O P G H I J Siirtymä
Kromosomistomutaatiot kromosomien lukumäärä muuttunut aneuploidiassa kromosomi puuttuu tai on liikaa monosomia (2n-1) trisomia (2n+1) polyploidiassa kokonaisia peruskromosomistoja normaalista poikkeava määrä autopolyploidia allopolyploidia haploidiassa on vain yksi peruskromosomisto (n) autopolyploidia = saman lajin kromosomisto moninkertaistunut (3n, 4n, ) allopolyploidia = kahden lajin kromosomistot yhdistyneet
Downin oireyhtymä
Ovat katalyytteinä toimivia proteiineja. Helpottavat ja nopeuttavat elimistön reaktioita. Entsyymit KOFAKTORI PROTEIINI TOIMIVA ENTSYYMI Eivät kulu reaktioissa. Kofaktori voi olla 1) epäorgaaninen ioni tai 1) orgaaninen yhdiste eli koentsyymi (esim. vitamiini tai hivenaine) Vaikuttavat vain tiettyyn aineeseen (substraattiin) tietyssä reaktiossa. Inhibiittorit voivat estää toiminnan.
- entsyymin vaikutus voi olla katabolinen (hajottava) tai anabolinen (rakentava) -solussa tapahtuu tuhansia entsyymien katalysoimia reaktioita
1. Yhdistä oikein Yhdistä kirjaimilla (a-h) merkitty käsite tarkimmin sitä vastaavaan numerolla (I-VIII) merkittyyn käsitteeseen. a) haploidi b) diploidi c) polyploidi d) iturata e) replikaatiohaarukka f) silmukointi g) antikodoni h) perimä I) siirtäjä-rna II) dna:n kahdentuminen III) sukusolujen muodostama solulinja sukupolvesta toiseen IV) ihmisen somaattinen solu V) ihmisen sukusolu VI) 5n VII) yksilön kaikki dna VIII) esiaste-rna BI5 I Solu ja perimä 3. Perimän rakenne ja toiminta. Otava
VASTAUS 1: Yhdistä oikein a) haploidi - V) ihmisen sukusolu b) diploidi - IV) ihmisen somaattinen solu c) polyploidi - VI) 5n d) iturata - III) sukusolujen muodostama solulinja sukupolvesta toiseen e) replikaatiohaarukka - II) dna:n kahdentuminen f) silmukointi - VIII) esiasterna g) antikodoni - I) siirtäjärna h) perimä - VII) yksilön kaikki dna BI5 I Solu ja perimä 3. Perimän rakenne ja toiminta. Otava
2. Termit Nimeä suomenkielinen termi tai selitys tieteellisellä tai vierasperäisellä termillä. a)kahdentumaan kykenevä perimän koodin sisältävä molekyyli b)perintötekijä c)aitotumaisen geenin lähetti-rna:ta koodaava dna-jakso d)geenin koodaavan alueen sisällä oleva dna-jakso, joka ei koodaa lähetti-rna:ta e)geenin säätelyalueen kohta, johon RNA-polymeraasi kiinnittyy f)esitumaisilla eliöillä peräkkäisten geenien muodostama toimintayksikkö, jolla on yksi säätelyalue. BI5 I Solu ja perimä 3. Perimän rakenne ja toiminta. Otava
VASTAUS 2: Termit a) DNA b) Geeni c) Eksoni d) Introni e) Promoottori f) Operoni BI5 I Solu ja perimä 3. Perimän rakenne ja toiminta. Otava
3. Proteiinisynteesi Kirjoita proteiinisynteesin vaiheet oikeaan järjestykseen. Translaatio eli siirtäjä-rna:t tuovat aminohapot ribosomille. Transkriptio eli esi-lähetti-rna:n muodostuminen tumassa dnajuosteen mallin mukaisesti. Dna-kaksoisjuoste avautuu. Lähetti-rna kypsyy. Lähetti-rna siirtyy ribosomille. Aminohapot kiinnittyvät toisiina peptidisidoksin. Rna-polymeraasin kiinnittyminen promoottoriin. BI5 I Solu ja perimä 3. Perimän rakenne ja toiminta. Otava
VASTAUS 3: Proteiinisynteesi 6. translaatio eli siirtäjä-rna:t tuovat aminohapot ribosomille 3. transkriptio eli esi-lähetti-rna:n muodostuminen tumassa dnajuosteen mallin mukaisesti 2. dna-kaksoisjuoste avautuu 4. lähetti-rna kypsyy 5. lähetti-rna siirtyy ribosomille 8. aminohappoketjut laskostuvat kolmi- ulotteiseksi rakenteeksi 7. aminohapot kiinnittyvät toisiinsa peptidisidoksin 1.rna-polymeraasin kiinnittyminen promoottoriin BI5 I Solu ja perimä 3. Perimän rakenne ja toiminta. Otava
4. Emäkset Erään geenin emäsjärjestys koodaavan juosteen dna-jakso emästen osalta alkaa seuraavasti: ATGATATTAACCGCCGAAAGCCGC a)mikä on dna:n mallijuosteen emäsjärjestys? b)mikä on lähetti-rna:n emäsjärjestys? c)mitkä ovat vastaavat siirtäjä-rna-molekyylien emäskolmikot eli antikodonit? d)mikä on muodostuvan polypeptidin aminohappojärjestys? e)jos mallijuosteen neljäs emäs muuttuu pistemutaation seurauksena tymiiniksi, miten aminohappojärjestys muuttuu? f)jos mallijuosteen neljäs emäs häviää pistemutaation seurauksena, miten aminohappojärjestys muuttuu? g)minkälainen kahdentuma tai häviämä ei muuta lukukehystä? BI5 I Solu ja perimä 3. Perimän rakenne ja toiminta. Otava
VASTAUS 4: Emäkset a) TACTATAATTGGCGGCTTTCGGCG b) AUGAUAUUAACCGCCGAAAGCCGC c) UAC UAU AAU UGG CGG CUU UCG GCG d) metioniini, isoleusiini, leusiini, treoniini, alaniini, glutamiinihappo,seriini, arginiini e) Isoleusiinin paikalle tulisikin leusiini f) Polypeptidiketjuun tulisi vain kolme aminohappoa metioniini, tyrosiini kolmas emäskolmikko olisi tuolloin lopetuskolmikko ja synteesi päättyisi tähän. BI5 I Solu ja perimä 3. Perimän rakenne ja toiminta. Otava
5. Käsitekartta Merkitse taulukkoon rasteilla, mitkä rakenteet löytyvät kustakin solutyypistä. BI5 I Solu ja perimä 3. Perimän rakenne ja toiminta. Otava
VASTAUS 5: Käsitekartta 1. pistemutaatio 2. kromosomimutaatio 3-5. kahdentuma, siirtymä, kääntymä 6. kromosomistomutaatio 7-8. monosomia, trisomia 9-10. Allo- ja autopolyploidia BI5 I Solu ja perimä 3. Perimän rakenne ja toiminta. Otava
6. YO S-08 Selosta, mikä on geeni ja mistä toiminnallisista osista se rakentuu. BI5 I Solu ja perimä 3. Perimän rakenne ja toiminta. Otava
VASTAUS 6: YO S-08 Geeni on osa kromosomin DNA-ketjua, joka koodaa kolmen emäksen jaksoina yhtä peptidiketjua. Geeni on kromosomissa sijaitseva perintötekijä. Geenistä voi olla eri alleeleja. Esitumaisilla geenin koodaava jakso on yhtenäinen, mutta tumallisilla se on usein jaksottunut koodaaviin (eksoneihin) ja eikoodaaviin alueisiin(introneihin). Valmiissa lähetti RNAssa on vain koodaavia alueita vastaavat alueet. Yksittäisissä geeneissä on säätelyalue (promoottori) ja varsinainen koodaava alue. RNA polymeraasi sitoutuu prommoottoriin ja lähetti RNAta alkaa muodostua. Esitumaisilla sama säätelyalue voi säädellä useiden peräkkäisten geenien toimintaa (operoni). Geenien säätelyyn voi osallistua tehostajajaksoja. Ne voivat sijaita hyvinkin kaukana itse geenistä. BI5 I Solu ja perimä 3. Perimän rakenne ja toiminta. Otava
7. YO S-05 a) Selitä lyhyesti, kuinka solussa geneettinen informaatio tulkitaan valmistettavan proteiinin aminohappojärjestykseksi. b) Sirppisoluanemian aiheuttaa resessiivinen alleeli, joka homotsygoottina on letaali. Taudin aiheuttavassa globiinimolekyylissä on yhden aminohapon ero verrattuna normaalihemoglobiiniin: valiini on korvannut glutamiinihapon. Normaali punasolu: Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu Sirppisolu: Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu- Mikä virhe hemoglobiinin geenikoodissa on todennäköisimmin saanut aikaan kyseisen aminohappovaihdoksen, miten se heijastuu koko molekyyliin ja punasolun toimintaan? BI5 I Solu ja perimä 3. Perimän rakenne ja toiminta. Otava
VASTAUS 7: YO S-05 Tieto valmistettavan proteiinin aminohappojärjestyksestä sisältyy DNA:n emäsjärjestykseen, jossa yksi emäskolmikko vastaa yhtä aminohappoa. toimivan geenin alueelta kaksijuosteinen DNA avautuu, viereen rakentuu emäsparisäännön mukaisesti (A U; T A; C G; G C) lähetti-rna lähetti-rna siirtyy tumasta tumakelmun huokosen kautta solulimaan ribosomille Siirtäjä-RNA:t kuljettavat kukin oman aminohapponsa ribosomille. SiirtäjäRNAn antikodoni ja lähettirnan kodoni vastaavat toisiaan emäsparisäännöllä. Näin lähettirnalle kopioitu geenin nukleotidikoodi kääntyy proteiinin aminohappojärjestykseksi BI5 I Solu ja perimä 3. Perimän rakenne ja toiminta. Otava
VASTAUS 7: YO S-05 Taulukosta 33B ilmenee että glutamiinihappoa vastaa kaksi emäskolmikkoa (CTT ja CTC) ja valiinia vastaa neljä eri emäskolmikkoa (CAA, CAG, CAT, CAC) Todennäköisintä on, että DNA-koodissa on tapahtunut yksi pistemutaatio: CTT tai CTC keskimmäinen emäs on vaihtunut tymiinistä adeniiniksi CAT tai CAC Proteiinin avaruusrakenne määräytyy sen aminohappojärjestyksen mukaan. Oikea tertiäärirakenne taas vaikuttaa valkuaisen totuttuun toimintaan Sirppisoluhemoglobiini ei sido happea kuten normaali hemoglobiini. Poikkeava hemoglobiinirakenne ilmenee punasolujen sirppimäisyytenä, jolloin niiden hapenkuljetuskin veressä häiriintyy. BI5 I Solu ja perimä 3. Perimän rakenne ja toiminta. Otava
8. YO K-10 a) Tutkittaessa erään entsyymin lähetti-rna:ta, löytyi molekyylin keskivaiheilta seuraava emäsjärjestys 5` UAU CCC CUG UAG CUU AAA AAG AGA 3`. Mitä voit tämän perusteella päätellä tuotettavan entsyymin primaarirakenteesta ja toimivuudesta? b) Ihmisen genomissa on arviolta 15 miljoonaa kohtaa, joissa yksilöiden välisessä vertailussa voidaan osoittaa yhden emäksen muutos. Miksi yhden emäksen muutokset eivät välttämättä aiheuta fenotyyppimuutoksia? c) Esittele jokin menetelmä, jolla yksittäiset dna:n emäsmuutokset voidaan osoittaa. BI5 I Solu ja perimä 3. Perimän rakenne ja toiminta. Otava
VASTAUS 8: YO K-10 a) Lähetti-RNAn emäsjärjestystä vastaava pätkä DNAn mallijuostetta on 3 ATAGGGGACATC (lopetus). Taulukosta 33B saadaan entsyymin vastaava aminohappojärjestys: tyrosiini, proliini, arginiini, lopetus. Lopetus-kodonia vastaavaa siirtäjärnata ei ole, joten proteiinisynteesi päättyy ennen aikaisesti, eikä toimivaa entsyymiä synny. b) Neljästä emäksestä saadaan 64 erilaista emäskolmikkoa. Erilaisia aminohappoja on 20 samaa aminohappoa voi koodata useampi DNAn emäskolmikko (taulukko 33B). Yhden emäksen mutaatio voi olla neutraali eikä näy fenotyypissä. c) DNA:n eristäminen, puhdistus, pilkkominen katkaisuentsyymillä, kloonaus, tunnistus koettimen avulla, DNA -pätkien erottaminen elektroforeettisesti, emäsjärjestyksen määrittäminen sekvensoimalla. DNA:n eristäminen, puhdistus, pilkkominen katkaisuentsyymillä, monistaminen PCR - tekniikalla, elektroforeesi, sekvensointi (emäsjärjestyksen tunnistaminen perustuu eri tavoin merkattuihin lopettaviin nukleotideihin). BI5 I Solu ja perimä 3. Perimän rakenne ja toiminta. Otava